構(gòu)建一個遙控Arduino Air-Boat的教程

在這個項(xiàng)目中，我們將構(gòu)建一個遙控 Arduino Air-Boat，可以使用433 MHz 射頻無線電模塊進(jìn)行無線控制。我們將使用自制遙控器通過構(gòu)建我們自己的 433 MHz 發(fā)射器和接收器模塊來控制這艘船。對于遠(yuǎn)程控制設(shè)備或兩個設(shè)備之間的通信，我們有很多選擇，例如 IR、藍(lán)牙、互聯(lián)網(wǎng)、RF 等。與 IR 通信相比，無線電通信具有范圍更廣等優(yōu)點(diǎn)，但它沒有需要在發(fā)射器和接收器之間建立視線連接。此外，這些模塊可以進(jìn)行兩種通信方式，這意味著它可以同時發(fā)送和接收。所以使用這個 433MHz 射頻模塊，讓我們構(gòu)建一個Arduino RC 船在本教程中。

我們之前使用這些 433Mhz 射頻模塊構(gòu)建了許多遠(yuǎn)程控制項(xiàng)目，用于控制像這種射頻控制機(jī)器人這樣的機(jī)器人，或者用于家庭自動化應(yīng)用程序以使用射頻控制家用電器。除了使用射頻模塊外，我們之前還構(gòu)建了藍(lán)牙控制的樹莓派汽車和 DTMF手機(jī)控制的 Arduino 機(jī)器人。

Arduino RC 船所需的組件

433MHz 發(fā)射器和接收器

Arduino（任何 Arduino，以減小我使用 promini 的尺寸）

HT12E 和 HT12D

按鈕 - 4Nos

電阻器 - 1mega ohm， 47k ohm

L293d 電機(jī)驅(qū)動器

9V 電池（我使用的是 7.4 伏電池）- 2Nos

7805調(diào)節(jié)器- 2Nos

直流電機(jī) - 2Nos

電機(jī)葉片或螺旋槳（我使用的是自制螺旋槳）- 2Nos

.1uf 電容器 - 2Nos

普通PCB

433MHz 射頻發(fā)射器和接收器模塊

這些類型的射頻模塊在制造商中非常受歡迎。因?yàn)樗鼈兊某杀镜颓疫B接簡單。這些模塊最適合所有形式的短距離通信項(xiàng)目。這些模塊是ASK（幅移鍵控）在 RF 模塊中，幅移鍵控 （ASK） 是一種幅度調(diào)制形式，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示為載波幅度的變化。在 ASK 系統(tǒng)中，二進(jìn)制符號 1 通過在 T 秒的位持續(xù)時間內(nèi)傳輸固定幅度載波和固定頻率來表示。如果信號值為1，則傳輸載波信號；否則，將發(fā)送信號值 0。這意味著它們在傳輸邏輯“零”時通常不消耗功率。這種低功耗使它們在電池供電的項(xiàng)目中非常有用。

433MHZ射頻發(fā)射器

這種類型的模塊非常小巧，帶有 3 個引腳 VCC、地和數(shù)據(jù)。其他一些模塊帶有一個額外的天線引腳。發(fā)射模塊的工作電壓為3V-12V，該模塊沒有任何可調(diào)元件。該模塊的主要優(yōu)點(diǎn)之一是低電流消耗，它需要幾乎為零的電流來發(fā)送零位。

Arduino RC船用發(fā)射器框圖

在上面的框圖中，有四個按鈕（控制按鈕），這些按鈕用于控制船的方向。我們有四個用于向前、向后、向左和向右。從按鈕，我們得到控制船的邏輯，但不能直接連接到編碼器，這就是我們使用 Arduino 的原因。你可能會想我為什么在這里使用 Arduino，只是因?yàn)槲覀冃枰瑫r拉下編碼器的兩個并行數(shù)據(jù)輸入，以實(shí)現(xiàn)僅靠按鈕無法實(shí)現(xiàn)的向后和向前運(yùn)動。然后編碼器將即將到來的并行數(shù)據(jù)編碼為串行輸出。然后我們可以在射頻發(fā)射器的幫助下傳輸該串行數(shù)據(jù)。

Arduino RC 遙控器（發(fā)射器）的電路圖

在上面的電路中，您可以看到所有四個按鈕的一側(cè)都連接到 Arduino （D6-D9） 的四個數(shù)字引腳，其他四個都連接到地。也就是說，當(dāng)我們按下按鈕時，相應(yīng)的數(shù)字引腳會變?yōu)檫壿嫷碗娖?。HT12E編碼器的四個并行輸入連接到 Arduino （D2-D5） 的另外四個數(shù)字引腳。所以在Arduino的幫助下，我們可以決定編碼器的輸入。

而說編碼器HT12E是一個12位編碼器和一個并行輸入-串行輸出編碼器。在 12 位中，8 位是可用于控制多個接收器的地址位。引腳 A0-A7 是地址輸入引腳。在這個項(xiàng)目中，我們只控制一個接收器，所以我們不想改變它的地址，所以我將所有地址引腳接地。如果你想用一個發(fā)射器控制不同的接收器，你可以在這里使用 DIP 開關(guān)。AD8-AD11 是控制位輸入。這些輸入將控制 HT12D 解碼器的 D0-D3 輸出。我們需要連接一個振蕩器進(jìn)行通信，振蕩器頻率應(yīng)為 3KHz用于 5V 操作。那么 5V 的電阻值為 1.1MΩ。然后我將HT12E的輸出連接到發(fā)射器模塊。我們已經(jīng)提到，Arduino 和 rf 發(fā)射器模塊，這兩個設(shè)備在 5V 高壓下工作都會殺死它，所以為了避免這種情況，我添加了 7805，穩(wěn)壓器。現(xiàn)在我們可以連接 （Vcc） 6-12volt 任何類型的電池輸入。

構(gòu)建 RC BOAT 發(fā)射器電路

我將每個組件焊接在一個普通的 PCB 上。請記住，我們正在開展一個射頻項(xiàng)目，因此存在很多不同類型干擾的機(jī)會，因此請盡可能緊密地連接所有組件。最好為 Arduino 和發(fā)射器模塊使用母排針。此外，嘗試將所有東西焊接在銅墊上，而不是使用額外的電線。最后，將一根小線連接到發(fā)射器模塊，這將有助于增加總范圍。在連接 Arduino 和發(fā)射器模塊之前，請仔細(xì)檢查 lm7805 輸出的電壓。

上圖顯示了完成的 RC 船發(fā)射器電路的頂視圖，完成的 RC 船發(fā)射器電路的底視圖如下所示。

構(gòu)建 Arduino RC 船用發(fā)射器外殼

遙控器需要一個體面的身體。這一步是關(guān)于你的想法，你可以用你的想法創(chuàng)建一個遠(yuǎn)程主體。我正在解釋我是如何做到的。做遙控器的時候，我選擇4mm的MDF板，你也可以選擇膠合板、泡沫板或紙板，然后我從上面剪下兩塊，長10cm，寬5cm。然后我標(biāo)記了按鈕的位置。我將方向按鈕放在左側(cè)，將前進(jìn)、后退按鈕放在右側(cè)。在工作表的另一面，我將按鈕連接到主發(fā)射電路。請記住，普通按鈕有 4 個引腳，每側(cè)兩個引腳。將一個引腳連接到 Arduino，另一個引腳連接到地。如果您對此感到困惑，請用萬用表檢查或查看數(shù)據(jù)表。

連接所有這些東西后，我將控制電路放在兩個 MDF 板之間，并用一些長螺栓擰緊（如果需要，請參考下圖）。再一次，創(chuàng)造一個好的身體完全取決于你的想法。

433Mhz 接收模塊

這個接收器也非常小，帶有 4 個引腳 VCC、接地，兩個中間引腳是數(shù)據(jù)輸出。該模塊的工作電壓為5v。與發(fā)射器模塊一樣，這也是一個低功耗模塊。有些模塊帶有一個額外的天線引腳，但在我的情況下，它不存在。

Arduino RC 船接收器的框圖

上面的框圖描述了射頻接收器電路的工作原理。首先，我們可以使用射頻接收模塊接收發(fā)射的信號。該接收器的輸出是串行數(shù)據(jù)。但是我們無法用這個串行數(shù)據(jù)控制任何東西，這就是我們將輸出連接到解碼器的原因。解碼器將串行數(shù)據(jù)解碼為我們原始的并行數(shù)據(jù)。在本節(jié)中，我們不需要任何微控制器，我們可以直接將輸出連接到電機(jī)驅(qū)動器。

Arduino RC船用接收器電路圖

HT12D是一個 12 位解碼器，它是一個串行輸入并行輸出解碼器。 HT12D 的輸入引腳將連接到具有串行輸出的接收器。在 12 位中，8 位（A0-A7）是地址位，HT12D 將解碼輸入，只要它匹配其當(dāng)前地址。D8-D11 是輸出位。為了將該電路與發(fā)射器電路匹配，我將所有地址引腳接地。模塊輸出的數(shù)據(jù)為串行類型，解碼器將此串行數(shù)據(jù)解碼為原始并行數(shù)據(jù)，我們通過D8-D11輸出。為了匹配振蕩頻率，應(yīng)將 33-56k 電阻連接到振蕩器引腳。第 17 腳的 LED 指示有效傳輸，只有在接收器連接到發(fā)射器后才會亮起。接收器的電壓輸入也是6-12伏。

為了控制電機(jī)，我使用了L293D IC，我選擇了這個IC，因?yàn)樗梢詼p小尺寸和重量，而且這個IC最適合控制兩個方向的兩個電機(jī)。L293D 有 16 個引腳，下圖顯示了引腳排列。

1， 9 個引腳是啟用引腳，我們將其連接到 5 V 以啟用電機(jī) 1A、2A、3A 和 4A 是控制引腳。如果引腳 1A 變低，2A 變高，電機(jī)將向右轉(zhuǎn)，如果 1A 變低，2A 變高，電機(jī)將向左轉(zhuǎn)。所以我們將這些引腳連接到解碼器的輸出 ps。1Y、2Y、3Y 和 4Y 是電機(jī)連接引腳。Vcc2 為電機(jī)驅(qū)動電壓引腳，如果您使用的是高壓電機(jī)，則將此引腳連接到相應(yīng)的電壓源。

搭建Arduino RC船的接收電路

在構(gòu)建接收器電路之前，您應(yīng)該記住一些重要的事情。重要的是尺寸和重量，因?yàn)樵跇?gòu)建電路后，我們需要將其固定在船上。因此，如果重量增加，則會影響浮力和運(yùn)動。

因此，與發(fā)射器電路一樣，將每個組件焊接在一個小型通用 PCB 中，并盡量使用最少的電線。我將電機(jī)驅(qū)動器的引腳 8 連接到 5v，因?yàn)槲沂褂玫氖?5V 電機(jī)。

建造遙控船

我嘗試了不同的材料來建造船體。我用 thermocol 片材得到了更好的結(jié)果。所以我決定用thermocol建造身體。首先，我拿了一個 3cm 厚的 thermocol 片并將接收器電路放在上面，然后我在 thermocol 中標(biāo)記了船的形狀并切割。所以這就是我造船的方式，大家可以按照自己的想法來造。

用于 Arduino 空氣船的電機(jī)和螺旋槳

體重再次很重要。所以選擇正確的電機(jī)很重要，我選擇了 5 伏、n20 型的普通直流電機(jī)，它體積小、重量輕。為避免射頻干擾，應(yīng)將 0.1uf 電容并聯(lián)到電機(jī)輸入端。

在螺旋槳的情況下，我用塑料片制作螺旋槳。您可以從商店購買螺旋槳，也可以自己制造，兩者都可以正常工作。為了制造螺旋槳，首先，我拿了一塊小塑料片，從上面切下兩小塊，然后在蠟燭熱的幫助下彎曲這些小塊。最后，我在電機(jī)的中心放了一個小孔，并固定在電機(jī)上。

Arduino RC 船的工作

這艘船有兩個馬達(dá)讓我們稱它為左和右。如果電機(jī)也順時針移動（螺旋槳的位置也取決于），螺旋槳會從前面吸入空氣并從后面排出。這會產(chǎn)生向前的阻力。

向前運(yùn)動：如果左右電機(jī)都順時針旋轉(zhuǎn)，則向前運(yùn)動

向后運(yùn)動：如果左右電機(jī)都逆時針旋轉(zhuǎn)（即螺旋槳從后側(cè)吸入空氣，向前側(cè)排氣），則會向后運(yùn)動

向左移動：如果只有右電機(jī)旋轉(zhuǎn)即船，只需從右側(cè)拖動，船就會向左側(cè)移動

向右移動：如果只有左電機(jī)旋轉(zhuǎn)，即船只從左側(cè)得到阻力，這將使船向右移動。

我們將電機(jī)驅(qū)動器的輸入連接到解碼器（D8-D11）的四個輸出位。我們可以通過將 AD8-AD11 連接到遙控器中的按鈕接地來控制這 4 個輸出。例如，如果我們將 AD8 連接到將激活 D8 的接地。因此，我們可以使用這 4 個輸出在兩個方向上控制兩個電機(jī)。但是我們不能只通過一個按鈕來控制兩個電機(jī)（我們需要它來進(jìn)行前后運(yùn)動），這就是我們使用 Arduino 的原因。在 Arduino 的幫助下，我們可以根據(jù)需要選擇輸入數(shù)據(jù)引腳。

遙控船的 Arduino 編程

這艘船的編程非常簡單，因?yàn)槲覀冎恍枰恍┻壿嬊袚Q。我們可以用基本的 Arduino 功能實(shí)現(xiàn)一切。這個項(xiàng)目的完整程序可以在這個頁面的底部找到。你的程序的解釋如下

我們通過定義四個輸入按鈕和解碼器輸入引腳的整數(shù)來啟動程序。

int f_button = 9; 
int b_button = 8; 
詮釋 l_button = 7; 
int r_button = 6; 
詮釋m1=2；
國際平方米=3；
詮釋 m3=4; 
詮釋 m4=5；

在設(shè)置部分，我定義了引腳模式。也就是說，按鈕連接到數(shù)字引腳，因此這些引腳應(yīng)該定義為輸入，我們需要為解碼器的輸入獲取輸出，因此我們應(yīng)該將這些引腳定義為輸出。

   pinMode（f_button，INPUT_PULLUP）；
  pinMode（b_button，INPUT_PULLUP）；
  pinMode（l_button，INPUT_PULLUP）；
  pinMode（r_button，INPUT_PULLUP）；
  pinMode（m1，輸出）；
  pinMode（m2，輸出）；
  pinMode（m3，輸出）；
  pinMode（m4，輸出）；

接下來在主循環(huán)函數(shù)中，我們將使用 Arduino 的digitalread函數(shù)讀取按鈕狀態(tài)。如果引腳狀態(tài)變低，表示相應(yīng)的引腳被按下，那么我們將執(zhí)行如下條件 -

如果（數(shù)字讀?。╢_button）==LOW）

這意味著按下了前進(jìn)按鈕

{
   數(shù)字寫入（m1，低）；
   數(shù)字寫入（m3，低）；
   數(shù)字寫入（平方米，高）；
   數(shù)字寫入（m4，高）；
}

這將下拉編碼器的 m1 和 m2，這將激活接收器側(cè)的兩個電機(jī)。同樣，對于向后移動

{ 
   digitalWrite(m1, HIGH); 
   數(shù)字寫入（m3，高）；
   數(shù)字寫入（平方米，低）；
   數(shù)字寫入（m4，低）；
}

對于左移

{
   數(shù)字寫入（m1，低）；
   數(shù)字寫入（m3，高）；
   數(shù)字寫入（平方米，高）；
   數(shù)字寫入（m4，高）；
}

為了正確的運(yùn)動

{ 
   digitalWrite(m1, HIGH); 
   數(shù)字寫入（m3，低）；
   數(shù)字寫入（平方米，高）；
   數(shù)字寫入（m4，高）；
}

編譯代碼后，將其上傳到您的 Arduino 板。

故障排除：將船放在水面上，如果不嘗試改變電機(jī)和螺旋槳的極性，請檢查它是否正確移動。另外，嘗試平衡體重。

int f_button = 9;
int b_button = 8;
詮釋 l_button = 7;
int r_button = 6;
詮釋 m1 = 2;
詮釋 m2 = 3;
詮釋 m3 = 4;
詮釋 m4 = 5;
無效設(shè)置（）{
pinMode（f_button，INPUT_PULLUP）；
pinMode（b_button，INPUT_PULLUP）；
pinMode（l_button，INPUT_PULLUP）；
pinMode（r_button，INPUT_PULLUP）；
pinMode（m1，輸出）；
pinMode（m2，輸出）；
pinMode（m3，輸出）；
pinMode（m4，輸出）；
}
無效循環(huán)（）{
如果（數(shù)字讀?。╢_button）==低）
{
數(shù)字寫入（m1，低）；
數(shù)字寫入（m3，低）；
數(shù)字寫入（平方米，高）；
數(shù)字寫入（m4，高）；
}
如果（數(shù)字讀取（b_button）==低）
{
數(shù)字寫入（平方米，低）；
數(shù)字寫入（m4，低）；
數(shù)字寫入（m1，高）；
數(shù)字寫入（m3，高）；
}
如果（數(shù)字讀取（l_button）==低）
{
數(shù)字寫入（m1，低）；
數(shù)字寫入（平方米，高）；
數(shù)字寫入（m3，高）；
數(shù)字寫入（m4，高）；
}
如果（數(shù)字讀取（r_button）==低）
{
數(shù)字寫入（m1，高）；
數(shù)字寫入（平方米，低）；
數(shù)字寫入（m3，高）；
數(shù)字寫入（m4，高）；
}
}